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摘要：本文通过对传统检测方法和指标的适用性和局限性分析，介绍了用于水产品品质快速检测的几种不同方法，包括图像分析、电特性和电阻抗特性测量以及用于水产品品质检测的三种类型生物传感器进行分析和总结。
关键词：水产品、快速检测、品质、传感器
中图分类号：R155 文献标识码：C 文章编号：1005-0515（2013）6-219-02
1 概述
中国水产品总产量占世界水产品总产量的比重逐年上升。水产品生产、消费和进出口贸易得到快速发展，国内外市场对水产品的质量与安全提出了更高的要求[1]。新鲜水产品肌肉中水分含量高、组织脆弱、不饱和脂肪酸易氧化及可溶性蛋白质含量高，比一般的动物组织更容易腐败不易贮藏。
鲜度变化是反映水产品品质变化的一个重要方面，在捕捞、收购、贮运、加工和销售过程中常常需要对水产品的质量进行评价。如何通过合理的保鲜手段使得水产品保持较高的新鲜度是一个必须解决的难题；另一方面，使用正确的检测技术对水产品在保藏过程中的品质变化进行测定亦是极其重要的。水产品品质和鲜度的检测存在步骤繁琐、所需时间长、指标不统一等问题，若能通过分析鱼类死后生理、生化的变化，物理学、化学等指标的角度研究水产品鲜度品质的变化，从而实现水产品物流过程中鲜度的快速检测和动态预报。
2 水产品品质快速评价方法
2.1 图像分析
图像分析技术是利用不同波长的单色光照射样品，通过CCD（a charge coupled deviced 电荷耦合元件）镜头获取样品图像，对水产品外表及表面进行高速度的在线图像采集，通过对获得图像的进一步计算，消除背景和环境干扰，得到水产品的各项信息，包括变形、瘀伤、出血点等进行快速无损快速检测，可以直观反映水产品原料在养殖、捕捞等过程中对其品质的影响[2]。2003年Kroger对鲜鱼和鱼片外观进行图像分析检测，经CCD扫描获得图像，测定图像每个点周围微结构的相似度，通过测定鲜鱼表皮粘度浊度，以及冰冻鱼片表面的肌肉纤维粗糙度来确定鱼肉品质。
2.2 电特性和电阻抗特性参数测量
用于鱼肉鲜度检测的电特性参数主要有电导率、电容、电阻抗等。
电导率是指电解质溶液中离子在电场作用下，产生迁移而形成的导电能力，溶液的导电能力与溶液中的离子浓度呈正比[3]。Jason， A.C[4]等研究发现鱼死后，在自溶阶段，鱼肉的电容和通过鱼体的电流均会发生变化，分别测量流经鱼体的交流电或鱼肉电容大小来判定鱼肉的鲜度。电阻抗特性的测量是借助置于生物体表的电极系统向检测对象送入微小的交流激励电流或电压信号检测相应的电阻抗及其变化情况[5]。故生物阻抗模型可应用于鱼肉阻抗特性的鲜度研究。
2.5 生物传感器在水产品品质评价的运用
生物传感器由分子识别元件和信号转换器组成，分子识别元件由生物活性物质构成，直接和待检测物质接触，具有分子识别能力以及放大反应信号。信号转换器属于电化学或光学检测元件，它可以将生物识别事件转换为可检测的信号[6]。生物传感器法具有体积小、灵敏度高、检测步骤简单、快速、可现场检测等优点，是近年来水产品品质快速检测的热点。
2.5.1 ATP降解产物传感器
水产品的鲜度主要取决于ATP各种分解产物的含量。ATP按以下顺序分解ATP（三磷酸腺苷）→ADP（二磷酸腺苷）→AMP（一磷酸腺苷）→IMP（肌苷酸）→INO（肌苷）→HX（次黄嘌呤）→UA（尿酸）[7]。将HX作为鱼肉鲜度的测定指标是不充分的，因为它的浓度取决于鱼的种类、鱼死前的状况和鱼肉的部位。目前已报道的水产品鲜度传感器大多是通过酶的生化方法测定Ki或H值。这些代谢物发生酶的反应如下：[8-9]
林丽[10]等运用多壁碳纳米管、黄嘌呤氧化酶和Nafion一次修饰在玻碳电极表面，制成了一种新型的HX生物传感器，该传感器响应快速、灵敏度高，对HX有着良好的催化氧化性能。Carsol[11]和Park In-Seon[12]等学者又建立一种酶反应器系统，将NT、NP和XO固定在经戊二醛活化的壳聚糖微孔小珠上，装在聚丙烯反应管，两端用尼龙布封闭，连接氧电极、接收器和记录仪，从而建立了多酶反应器系统，测定结果和液相色谱法测定结果间有较好的相关性。
2.5.2 挥发性物质传感器
鱼肉质量发生变化时，其散发气味中挥发性化合物的组成及成分浓度也会发生变化，这些变化和鱼的新鲜程度相关。鱼肉组织降解产生的挥发性化合物有低级醇、羰、酯、二甲胺、硫化氰、甲基硫醇、二甲基乙硫醚等。在电子鼻的检测中，是将样品放在密闭的容器中，传感器对样品顶空的挥发性化合物产生响应，这种响应通常由电导率或电流等参数来衡量，最后进入数据处理系统进行特征参数的提取，获得鱼体质量状况的信息。用于电子鼻仪器的传感器主要有石英微平衡器、金属氧化物半导体传感器等[13]。
Daffsson[14]等采用M0S传感器检测了冷冻贮藏的黑线鳕和鳕鱼的鲜度。他们发现随着鱼体挥发性化合物浓度增人，传感器的响应呈线性变化，并且能够及时地检测到鱼的早期腐败。Schweizer-Berberich[15]等用8个电流传感器检测了冷藏蹲鱼的气味变化，发现传感器的响应随贮藏时间而变化，并且与气体成分中的胺类和硫化物之间存在很好的相关性。
2.5.3 微生物传感器
微生物传感器又称BOD（生物需氧）传感器，由溶氧传感器和微生物膜组成。酵母或腐败细菌固定在膜上，贴在BOD传感器表面的透气膜上。当BOD传感器浸入含有有机物的样品液中时，渗到膜上的有机物被酵母或腐败细菌细胞吸收。该过程需消耗O2，从而引起传感器输出电流下降。微生物膜上消耗的O2与样品液中的有机物浓度成比例，样品液中的有机物浓度可通过BOD传感器测定。Watanabe，E等就用微生物传感器和常规K值测定进行比较，分别测定了冰中贮存两周以上的鱼肉鲜度，发现两种方法测定的数值间有较好的相关性[16]。 3 展望
水产品品质评价发展方向是将使用快速测量技术的不同标准方法结合起来对各种原料的鲜度进行评价以建立数学模型，预测未知品种的鲜度或剩余货架期。据悉，美国专家已在研制一种可检测食品鲜度的“Flesh-Check”指示片，该指示片可置于包装食品中，涂有对温度敏感的聚合物，人们可根据指示片颜色判断食品新鲜与否。在不远的将来，人们能够运用各种模型和传感方法进行水产品品质评价和预测，甚至提供在线的品质评价。
参考文献
[1] Li J R， Lu Hx， Zhu J L，et a1. Aquatic products processing industry in China：Challenges and outlook[J].Trends in Food Science&Technology，2009，20（2）：73～77.
[2] Kroeger， M. Image analysis for monitoring the quality of fish.In J. B. Luten， J. Oehlenschlager， & G. Olafsdottir （Eds.）， Quality of fish from catch to consumer： Labelling， monitoring and traceability 211–224. The Netherlands： Wageningen Academic Publishers.2003
[3] Jason， A. C.， & Richards， J. C. S. The development of an electronic fish freshness meter.[J] Physics E： Scientific Instruments， 1975 ，8， 826–830.
[4] Oehlenschlager， J. Measurement of freshness of fish based on electrical properties. In J. B. Luten， J. Oehlenschlager， &G. Olafsdottir （Eds.）， Quality of fish from catch to consumer：labelling， monitoring and traceability 237–249. The Netherlands：Wageningen Academic Publishers.2003
[5] 孙永文， 韩建国. 便携式生物电阻抗测量系统设计[J]. 计算机测量与控制， 2005， 13 （7） ： 645- 647.
[6] Frost MC ， Meyerhoff ME. Implantable chemical sensors for real2time clinical monitoring ： progress and challenges [J] . Curr Opin Chem Biol ， 2002，6 （5） ： 633
[7] Hirokazu O； Etsuo W. Flow systemfor fish freshness determination based on double multi-enzyme ehetrodes[J]. Biosensors and Bioelectronics， 2002，17（1）： 367-372
[8] Ghosh， S. et al. Development of an amperometric enzyme electrode biosensor for fish freshness detection[M]. Sensors and Actuators B 1998. 53， 58-62.
[9] 干宁，王鲁雁，李天华等. ATP代谢物安培酶生物传感器的研制及在鱼肉鲜度测定中的应用[J]. 中国食品学报， 2008， 8 （6） 48-49.
[10] 林丽， 张华杰等， 羧基化多壁碳纳米管修饰电极伏安法测定多巴胺[J]. 温州医学院学报， 2003， 33（2）： 73-75.
[11] Carsol， M-A. et. Al. Development of a system with enzyme reactors for the determination of fish freshness [M]. Talanta 1998， 47， 335-342
[12] Park In-Soon et al. Characterization and meat freshness application of a serial three- enzyme reactor system measuring ATP-degradative compounds [M]. Analytica Chimica Acta 2000. 404， 75-81
[13] 崔海英， 曾名勇. 鱼肉鲜度快速检测技术新进展[J]. 水产科学， 2004， 23（17）： 36-38.
[14] 董彩文.生物传感器在肉类鲜度测定中的应用[J].包装与食品机械，2004，22（4）：54-58.
[15]Winquist F，Krantz-rulcker C，lufldstrom I.Electronictongues[J]. MRs Bullrtin，2004，29（10）：726-735.
[16] Watanabe E， Nagumo A， Hoshi M et a1. Microbial sensors for the detection of fish freshness [J].Journal of Food Science， 1989， 52： 592～597.
关键词：水产品、快速检测、品质、传感器
中图分类号：R155 文献标识码：C 文章编号：1005-0515（2013）6-219-02
1 概述
中国水产品总产量占世界水产品总产量的比重逐年上升。水产品生产、消费和进出口贸易得到快速发展，国内外市场对水产品的质量与安全提出了更高的要求[1]。新鲜水产品肌肉中水分含量高、组织脆弱、不饱和脂肪酸易氧化及可溶性蛋白质含量高，比一般的动物组织更容易腐败不易贮藏。
鲜度变化是反映水产品品质变化的一个重要方面，在捕捞、收购、贮运、加工和销售过程中常常需要对水产品的质量进行评价。如何通过合理的保鲜手段使得水产品保持较高的新鲜度是一个必须解决的难题；另一方面，使用正确的检测技术对水产品在保藏过程中的品质变化进行测定亦是极其重要的。水产品品质和鲜度的检测存在步骤繁琐、所需时间长、指标不统一等问题，若能通过分析鱼类死后生理、生化的变化，物理学、化学等指标的角度研究水产品鲜度品质的变化，从而实现水产品物流过程中鲜度的快速检测和动态预报。
2 水产品品质快速评价方法
2.1 图像分析
图像分析技术是利用不同波长的单色光照射样品，通过CCD（a charge coupled deviced 电荷耦合元件）镜头获取样品图像，对水产品外表及表面进行高速度的在线图像采集，通过对获得图像的进一步计算，消除背景和环境干扰，得到水产品的各项信息，包括变形、瘀伤、出血点等进行快速无损快速检测，可以直观反映水产品原料在养殖、捕捞等过程中对其品质的影响[2]。2003年Kroger对鲜鱼和鱼片外观进行图像分析检测，经CCD扫描获得图像，测定图像每个点周围微结构的相似度，通过测定鲜鱼表皮粘度浊度，以及冰冻鱼片表面的肌肉纤维粗糙度来确定鱼肉品质。
2.2 电特性和电阻抗特性参数测量
用于鱼肉鲜度检测的电特性参数主要有电导率、电容、电阻抗等。
电导率是指电解质溶液中离子在电场作用下，产生迁移而形成的导电能力，溶液的导电能力与溶液中的离子浓度呈正比[3]。Jason， A.C[4]等研究发现鱼死后，在自溶阶段，鱼肉的电容和通过鱼体的电流均会发生变化，分别测量流经鱼体的交流电或鱼肉电容大小来判定鱼肉的鲜度。电阻抗特性的测量是借助置于生物体表的电极系统向检测对象送入微小的交流激励电流或电压信号检测相应的电阻抗及其变化情况[5]。故生物阻抗模型可应用于鱼肉阻抗特性的鲜度研究。
2.5 生物传感器在水产品品质评价的运用
生物传感器由分子识别元件和信号转换器组成，分子识别元件由生物活性物质构成，直接和待检测物质接触，具有分子识别能力以及放大反应信号。信号转换器属于电化学或光学检测元件，它可以将生物识别事件转换为可检测的信号[6]。生物传感器法具有体积小、灵敏度高、检测步骤简单、快速、可现场检测等优点，是近年来水产品品质快速检测的热点。
2.5.1 ATP降解产物传感器
水产品的鲜度主要取决于ATP各种分解产物的含量。ATP按以下顺序分解ATP（三磷酸腺苷）→ADP（二磷酸腺苷）→AMP（一磷酸腺苷）→IMP（肌苷酸）→INO（肌苷）→HX（次黄嘌呤）→UA（尿酸）[7]。将HX作为鱼肉鲜度的测定指标是不充分的，因为它的浓度取决于鱼的种类、鱼死前的状况和鱼肉的部位。目前已报道的水产品鲜度传感器大多是通过酶的生化方法测定Ki或H值。这些代谢物发生酶的反应如下：[8-9]
林丽[10]等运用多壁碳纳米管、黄嘌呤氧化酶和Nafion一次修饰在玻碳电极表面，制成了一种新型的HX生物传感器，该传感器响应快速、灵敏度高，对HX有着良好的催化氧化性能。Carsol[11]和Park In-Seon[12]等学者又建立一种酶反应器系统，将NT、NP和XO固定在经戊二醛活化的壳聚糖微孔小珠上，装在聚丙烯反应管，两端用尼龙布封闭，连接氧电极、接收器和记录仪，从而建立了多酶反应器系统，测定结果和液相色谱法测定结果间有较好的相关性。
2.5.2 挥发性物质传感器
鱼肉质量发生变化时，其散发气味中挥发性化合物的组成及成分浓度也会发生变化，这些变化和鱼的新鲜程度相关。鱼肉组织降解产生的挥发性化合物有低级醇、羰、酯、二甲胺、硫化氰、甲基硫醇、二甲基乙硫醚等。在电子鼻的检测中，是将样品放在密闭的容器中，传感器对样品顶空的挥发性化合物产生响应，这种响应通常由电导率或电流等参数来衡量，最后进入数据处理系统进行特征参数的提取，获得鱼体质量状况的信息。用于电子鼻仪器的传感器主要有石英微平衡器、金属氧化物半导体传感器等[13]。
Daffsson[14]等采用M0S传感器检测了冷冻贮藏的黑线鳕和鳕鱼的鲜度。他们发现随着鱼体挥发性化合物浓度增人，传感器的响应呈线性变化，并且能够及时地检测到鱼的早期腐败。Schweizer-Berberich[15]等用8个电流传感器检测了冷藏蹲鱼的气味变化，发现传感器的响应随贮藏时间而变化，并且与气体成分中的胺类和硫化物之间存在很好的相关性。
2.5.3 微生物传感器
微生物传感器又称BOD（生物需氧）传感器，由溶氧传感器和微生物膜组成。酵母或腐败细菌固定在膜上，贴在BOD传感器表面的透气膜上。当BOD传感器浸入含有有机物的样品液中时，渗到膜上的有机物被酵母或腐败细菌细胞吸收。该过程需消耗O2，从而引起传感器输出电流下降。微生物膜上消耗的O2与样品液中的有机物浓度成比例，样品液中的有机物浓度可通过BOD传感器测定。Watanabe，E等就用微生物传感器和常规K值测定进行比较，分别测定了冰中贮存两周以上的鱼肉鲜度，发现两种方法测定的数值间有较好的相关性[16]。 3 展望
水产品品质评价发展方向是将使用快速测量技术的不同标准方法结合起来对各种原料的鲜度进行评价以建立数学模型，预测未知品种的鲜度或剩余货架期。据悉，美国专家已在研制一种可检测食品鲜度的“Flesh-Check”指示片，该指示片可置于包装食品中，涂有对温度敏感的聚合物，人们可根据指示片颜色判断食品新鲜与否。在不远的将来，人们能够运用各种模型和传感方法进行水产品品质评价和预测，甚至提供在线的品质评价。
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[1] Li J R， Lu Hx， Zhu J L，et a1. Aquatic products processing industry in China：Challenges and outlook[J].Trends in Food Science&Technology，2009，20（2）：73～77.
[2] Kroeger， M. Image analysis for monitoring the quality of fish.In J. B. Luten， J. Oehlenschlager， & G. Olafsdottir （Eds.）， Quality of fish from catch to consumer： Labelling， monitoring and traceability 211–224. The Netherlands： Wageningen Academic Publishers.2003
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[5] 孙永文， 韩建国. 便携式生物电阻抗测量系统设计[J]. 计算机测量与控制， 2005， 13 （7） ： 645- 647.
[6] Frost MC ， Meyerhoff ME. Implantable chemical sensors for real2time clinical monitoring ： progress and challenges [J] . Curr Opin Chem Biol ， 2002，6 （5） ： 633
[7] Hirokazu O； Etsuo W. Flow systemfor fish freshness determination based on double multi-enzyme ehetrodes[J]. Biosensors and Bioelectronics， 2002，17（1）： 367-372
[8] Ghosh， S. et al. Development of an amperometric enzyme electrode biosensor for fish freshness detection[M]. Sensors and Actuators B 1998. 53， 58-62.
[9] 干宁，王鲁雁，李天华等. ATP代谢物安培酶生物传感器的研制及在鱼肉鲜度测定中的应用[J]. 中国食品学报， 2008， 8 （6） 48-49.
[10] 林丽， 张华杰等， 羧基化多壁碳纳米管修饰电极伏安法测定多巴胺[J]. 温州医学院学报， 2003， 33（2）： 73-75.
[11] Carsol， M-A. et. Al. Development of a system with enzyme reactors for the determination of fish freshness [M]. Talanta 1998， 47， 335-342
[12] Park In-Soon et al. Characterization and meat freshness application of a serial three- enzyme reactor system measuring ATP-degradative compounds [M]. Analytica Chimica Acta 2000. 404， 75-81
[13] 崔海英， 曾名勇. 鱼肉鲜度快速检测技术新进展[J]. 水产科学， 2004， 23（17）： 36-38.
[14] 董彩文.生物传感器在肉类鲜度测定中的应用[J].包装与食品机械，2004，22（4）：54-58.
[15]Winquist F，Krantz-rulcker C，lufldstrom I.Electronictongues[J]. MRs Bullrtin，2004，29（10）：726-735.
[16] Watanabe E， Nagumo A， Hoshi M et a1. Microbial sensors for the detection of fish freshness [J].Journal of Food Science， 1989， 52： 592～597.